用于钻井过程模拟的滤失夹持器的制作方法

1.本实用新型涉及石油、天然气井钻完井固井工程用工具技术领域，尤其涉及一种用于钻井过程模拟的滤失夹持器。


背景技术：

2.钻井液中的自由水在压差的作用下过滤渗透到地层中的现象称为滤失，过滤介质为泥饼。动态滤失是指钻井液在井内循环条件下，即泥饼形成和破坏达到动态平衡时的滤失作用。在一定剪切速率下测定的滤失量，称为动态滤失量。钻井液动态滤失能更准确地表征在钻井过程中钻井液的滤失性能。
3.钻井液动态滤失测试时，需要将中空的岩心置于岩心夹持器内，钻井液进入岩心内腔，从岩心渗透出的钻井液从岩心夹持器的滤液通道流出。仅适用于常规岩心驱替实验，不能模拟钻进过程中的真实滤失状态。常规做法是将滤失后的岩心柱从夹持器中取出，再放置在计量台秤上计量，通过称重才能反馈滤失量，并判断泥饼厚度是否达到预定值，如未达到预定值则需将夹持器重新组装并再次进行滤失实验，反复拆装夹持器增加了工作量，降低了工作效率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于钻井过程模拟的滤失夹持器，可真实模拟地层钻进过程中，钻井液自钻头流出后，向地层方向反流的滤失过程。
5.为解决以上技术问题，本实用新型的一种用于钻井过程模拟的滤失夹持器，包括夹持器筒体，所述夹持器筒体的上端口覆盖有上封头，所述夹持器筒体的下端口覆盖有下封头，所述下封头的上端面设有向上凸出的下封头环形凸圈，所述下封头环形凸圈插入夹持器筒体的下端口中且与夹持器筒体的内壁之间留有环形滤液通道，所述下封头上设有滤液计量口与环形滤液通道的底部相通；环形岩心柱的底部支撑在下封头环形凸圈的顶部，环形岩心柱的顶部支撑在上封头的下方；沿环形岩心柱的轴线设有模拟钻杆，所述模拟钻杆的上端固定在上封头的中心，且模拟钻杆的中心孔上端与钻井液注入口相贯通；所述模拟钻杆的下端口下方设有使钻井液向外向上返流的井底导流器，所述井底导流器的底部抵靠在下封头的底壁中心。
6.作为本实用新型的改进，所述下封头环形凸圈的顶部嵌装有岩心柱下密封圈与环形岩心柱的底部实现密封，所述上封头的下端面嵌装有浮动式密封环，所述浮动式密封环的下端面嵌装有岩心柱上密封圈与环形岩心柱的顶部实现密封。
7.作为本实用新型的进一步改进，所述浮动式密封环的上部通过弹簧支撑在所述上封头的嵌槽中。
8.作为本实用新型的进一步改进，所述井底导流器呈中心对称结构，所述井底导流器中心的导流锥沿模拟钻杆的轴线插入模拟钻杆的下端口中，所述导流锥的下端与开口向
上的环形导流槽光滑过渡连接，环形导流槽的底部为半圆弧截面，且环形导流槽的外壁贴合在所述下封头环形凸圈的内壁向上延伸。
9.作为本实用新型的进一步改进，所述夹持器筒体的上端口设有向轴线方向延伸的定位内凸圈，所述环形岩心柱的底部外壁与下封头环形凸圈的外周平齐，所述环形岩心柱的上部外壁抵靠在所述定位内凸圈的内壁。
10.作为本实用新型的进一步改进，所述下封头的底部设有与下封头环形凸圈的内腔底部相通的钻井液排空口，所述夹持器筒体的中段对称设有两个与所述环形滤液通道相通的清洗液注入口。
11.作为本实用新型的进一步改进，所述夹持器筒体的上下两端分别设有筒体法兰，两筒体法兰与所述上封头及下封头的法兰分别通过高强度螺钉相连接。
12.作为本实用新型的进一步改进，所述夹持器筒体的同一个横截面上对称设有两个短管接头，所述短管接头的内腔分别设有探测泥饼厚度的超声波换能器，所述超声波换能器的内端面抵靠在所述环形岩心柱的外壁，所述超声波换能器的外侧设有高压密封堵头。
13.作为本实用新型的进一步改进，所述高压密封堵头的圆周设有堵头密封圈与所述短管接头的内壁实现密封，所述高压密封堵头的外端设有堵头中心凸台，所述堵头中心凸台从锁帽的中心孔中伸出，所述锁帽旋接在所述短管接头的外端口螺纹上，沿高压密封堵头的轴线设有贯通的引线孔。
14.作为本实用新型的进一步改进，所述夹持器筒体的上、中、下三个横截面上各自安装有一对所述超声波换能器。
15.相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：1、设计有模拟钻杆以及钻井液导流流道，可模拟钻井过程中的钻杆以及钻井液从井底返流的状态；利于正确评价滤失量与钻井液流量及压力关系；2、通过滤液计量口连接在线计量装置，可直接对滤失量进行反馈控制，一次滤失试验即可完成预期目标，无需反复拆装夹持器及反复称量岩心柱；3、通过超声波换能器，可以监控多个断面的滤饼厚度，监测滤饼的形成过程；可实现注入流量及注入压力与滤失量之间的关系评价，并进行滤饼形成过程评价。
附图说明
16.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本实用新型。
17.图1为本实用新型用于钻井过程模拟的滤失夹持器实施例一的主视图。
18.图2为本实用新型用于钻井过程模拟的滤失夹持器实施例二的剖视图。
19.图中：1.上封头；1a.浮动式密封环；1b.岩心柱上密封圈；1c.弹簧；1d.上封头密封圈；2.夹持器筒体；2a.环形滤液通道；2b.清洗液注入口；2c.定位内凸圈；3.下封头；3a.下封头环形凸圈；3b.岩心柱下密封圈；3c.滤液计量口；3d.钻井液排空口；3e.下封头密封圈；4.环形岩心柱；5.模拟钻杆；5a.钻井液注入口；6.井底导流器；6a.导流锥；6b.环形导流槽；7.短管接头；8.高压密封堵头；8a.堵头中心凸台；8b.引线孔；9.锁帽；10.超声波换能器。
具体实施方式
20.如图1所示，本实用新型用于钻井过程模拟的滤失夹持器包括夹持器筒体2，夹持
器筒体2的上端口覆盖有上封头1，夹持器筒体2的下端口覆盖有下封头3，夹持器筒体2的上下两端分别设有筒体法兰，两筒体法兰与上封头1及下封头3的法兰分别通过高强度螺钉相连接，以保证相互之间的精确定位。上封头1通过上封头密封圈1d与夹持器筒体2的上端口实现密封，下封头3通过下封头密封圈3e与夹持器筒体2的下端口实现密封。
21.下封头3的上端面设有向上凸出的下封头环形凸圈3a，下封头环形凸圈3a插入夹持器筒体2的下端口中且与夹持器筒体2的内壁之间留有环形滤液通道2a，下封头3上设有滤液计量口3c与环形滤液通道2a的底部相通。下封头3的底部设有与下封头环形凸圈3a的内腔空间相通的钻井液排空口3d。
22.环形岩心柱4的底部支撑在下封头环形凸圈3a的顶部，环形岩心柱4的底部外壁与下封头环形凸圈3a的外周平齐，下封头环形凸圈3a的顶部嵌装有岩心柱下密封圈3b与环形岩心柱4的底部实现密封。夹持器筒体2的上端口设有向轴线方向延伸的定位内凸圈2c，环形岩心柱4的上部外壁抵靠在定位内凸圈2c的内壁，如此实现环形岩心柱4的同轴定位。
23.环形岩心柱4的顶部支撑在上封头1的下方，上封头1的下端面嵌装有浮动式密封环1a，浮动式密封环1a的下端面嵌装有岩心柱上密封圈1b与环形岩心柱4的顶部实现密封。浮动式密封环1a的上部通过弹簧1c支撑在上封头1的嵌槽中。
24.先将下封头3与夹持器筒体2固定连接，然后将井底导流器6放入下封头3的内腔底部，再将环形岩心柱4放置在下封头环形凸圈3a上，接着将模拟钻杆5自下而上插入上封头1的中心孔并固定，再将上封头1压在夹持器筒体2的上端口并且用高强度螺钉相互连接，借助于浮动式密封环1a的弹性，可以确保将环形岩心柱4夹紧，且确保密封，可以弥补环形岩心柱4的轴向尺寸误差，且模拟钻杆5及井底导流器6均与夹持器筒体2共轴线。
25.沿环形岩心柱4的轴线设有模拟钻杆5，模拟钻杆5的上端固定在上封头1的中心，且模拟钻杆5的中心孔上端与钻井液注入口5a相贯通；模拟钻杆5的下端口下方设有使钻井液向外向上返流的井底导流器6，井底导流器6的底部抵靠在下封头3的底壁中心。
26.井底导流器6呈中心对称结构，井底导流器6中心的导流锥6a沿模拟钻杆5的轴线插入模拟钻杆5的下端口中，导流锥6a的下端与开口向上的环形导流槽6b光滑过渡连接，环形导流槽6b的底部为半圆弧截面，且环形导流槽6b的外壁贴合在下封头环形凸圈3a的内壁向上延伸。
27.夹持器筒体2的中段对称设有两个与环形滤液通道2a相通的清洗液注入口2b。
28.钻井液排空口3d中旋入螺塞将其封闭，高压钻井液从模拟钻杆5顶部的钻井液注入口5a进入钻杆中心孔，从模拟钻杆5的下端口排出后，沿导流锥6a向下进入环形导流槽6b的内侧，经过半圆弧导流槽转向后返流向上进入钻杆外周的环空，在压差作用下，自由水透过环形岩心柱4进入环形滤液通道2a中汇集，在环形岩心柱4的内壁形成滤饼。环形滤液通道2a中的滤液从下封头3的滤液计量口3c流出，通过外置滤失液反馈控制器实现在线控制滤失量。通过清洗液注入口2b可以向环形滤液通道2a中注入清洗水。
29.如图2所示，夹持器筒体2的同一个横截面上对称设有两个短管接头7，短管接头7的内腔分别设有探测泥饼厚度的超声波换能器10，超声波换能器10的内端面抵靠在环形岩心柱4的外壁，超声波换能器10的外侧设有高压密封堵头8。
30.高压密封堵头8的圆周设有堵头密封圈与短管接头7的内壁实现密封，高压密封堵头8的外端设有堵头中心凸台8a，堵头中心凸台8a从锁帽9的中心孔中伸出，锁帽9旋接在短
管接头7的外端口螺纹上，沿高压密封堵头8的轴线设有贯通的引线孔8b，便于超声波换能器10的引线引出。
31.夹持器筒体2的上、中、下三个横截面上可以各自安装有一对超声波换能器10，以监测各个断面的泥饼。超声波换能器10可选用hs-gs100k型超声检测横波换能器。
32.高压密封堵头8将超声波换能器10抵靠在环形岩心柱4的外壁后，旋上锁帽9将高压密封堵头8的台阶压紧定位。超声波换能器10通过p波和s波波监测滤饼形成过程，无需拆卸即可判断滤饼的厚度是否达到设定值，从而可以快速评价注入流量及注入压力与滤失量之间的关系，大大提高了试验效率，并大大减轻试验人员的工作量。
33.以上所述仅为本实用新型之较佳可行实施例而已，非因此局限本实用新型的专利保护范围。除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。